JP4275724B1 - Bonding quality determination method, bonding quality determination device, and bonding apparatus - Google Patents

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Abstract

【課題】ボンディング装置のボンディング良否判定方法において、ボンディングの途中でボンディングの良否を判定することを目的とする。
【解決手段】超音波振動子の振動と共振して中心軸の方向に縦振動する超音波ホーンと、超音波ホーンの振動の腹に取り付けられるキャピラリと、超音波ホーンの振動の節に設けられるフランジと、ボンディングアームと、超音波ホーンの長手方向の中心軸からボンディング対象に対して接離方向にオフセットしてボンディングアームの回転中心とフランジ取り付け面との間に取り付けられる荷重センサと、を備えるボンディング装置のボンディング良否判定装置であって、ボンディングの際に荷重センサによってボンディングツールに加わるボンディング対象に接離方向の荷重を連続的に検出し、検出した荷重の最大値を衝撃荷重とし、衝撃荷重に基づいてボンディング良否の判定を行う。
【選択図】図４An object of the present invention is to determine bonding quality in the middle of bonding in a bonding quality determination method for a bonding apparatus.
An ultrasonic horn that resonates with vibration of an ultrasonic vibrator and longitudinally vibrates in the direction of the central axis, a capillary attached to an antinode of the vibration of the ultrasonic horn, and a vibration node of the ultrasonic horn. A flange, a bonding arm, and a load sensor that is offset between the longitudinal center axis of the ultrasonic horn and the object to be bonded in a contact / separation direction and is mounted between the rotation center of the bonding arm and the flange mounting surface. This is a bonding pass / fail judgment device of the bonding device, which detects the load in the contact / separation direction continuously on the bonding target applied to the bonding tool by the load sensor during bonding, and sets the maximum value of the detected load as the impact load. Based on the above, the quality of the bonding is determined.
[Selection] Figure 4

Description

本発明は、ボンディング装置のボンディング良否判定方法およびボンディング装置に用いられるボンディング良否判定装置ならびにボンディング良否判定を行うボンディング装置の構造に関する。   The present invention relates to a bonding quality determination method for a bonding apparatus, a bonding quality determination apparatus used for the bonding apparatus, and a structure of a bonding apparatus that performs bonding quality determination.

半導体装置の製造工程において、半導体チップの電極であるパッドとリードフレームの電極であるリードとの間を金属細線であるワイヤで接続するワイヤボンディング装置が多く用いられている。ワイヤボンディング装置は、駆動モータにより回転駆動されるボンディングアームと、ボンディングアームに取り付けられた超音波ホーンと、超音波ホーンの先端に取り付けられたキャピラリと、超音波ホーンに取り付けられた超音波振動子とを備え、ボンディングアームを回転駆動してキャピラリをパッドまたはリードに対して接離方向に移動させ、キャピラリ先端に形成されたイニシャルボールをパッドに、ワイヤをリードに押しつけて圧着すると共に、超音波振動子によって超音波ホーンを共振させ、キャピラリ先端に超音波振動を付与してボンディングを行うことが多い。   In a manufacturing process of a semiconductor device, a wire bonding apparatus that connects a pad that is an electrode of a semiconductor chip and a lead that is an electrode of a lead frame with a wire that is a thin metal wire is often used. The wire bonding apparatus includes a bonding arm rotated by a drive motor, an ultrasonic horn attached to the bonding arm, a capillary attached to the tip of the ultrasonic horn, and an ultrasonic transducer attached to the ultrasonic horn. And rotating the bonding arm to move the capillary in the contact / separation direction with respect to the pad or lead, pressing the wire against the lead with the initial ball formed at the tip of the capillary and crimping the ultrasonic wave Bonding is often performed by resonating an ultrasonic horn with a vibrator and applying ultrasonic vibration to the tip of the capillary.

ワイヤボンディング装置によってボンディングを行う場合、キャピラリに挿通されたワイヤの先端に形成されたイニシャルボールはある速度をもってパッドに衝突した後に一定荷重でパッドに押圧されてパッドに圧着されて圧着ボールとなるが、衝突の影響で後の一定荷重での押圧期間においてもワイヤとキャピラリとが押し付け方向に振動し、この振動により押圧荷重が変動して圧着ボールの形状や圧着ボール径等がバラツキ、ボンディング不良を生じる場合がある。また、イニシャルボールの形成不良により所定の大きさに満たないいわゆる小ボールの場合にも押圧荷重が変動してボンディング不良を生じる。   When bonding is performed by a wire bonding apparatus, the initial ball formed at the tip of the wire inserted into the capillary collides with the pad at a certain speed and then is pressed against the pad with a constant load to be pressed against the pad to become a pressed ball. The wire and capillary vibrate in the pressing direction during the subsequent pressing period with a constant load due to the impact, and the pressing load fluctuates due to this vibration, resulting in variations in the shape of the pressure-bonded ball and the diameter of the pressure-bonded ball. May occur. Also, in the case of a so-called small ball that is less than a predetermined size due to defective formation of the initial ball, the pressing load fluctuates to cause bonding failure.

このため、ワイヤボンディング装置では、ボンディングヘッドにキャピラリの高さ方向変位を検出するエンコーダを設け、このエンコーダの検知出力を制御装置にフィードバックし、駆動モータの出力を制御して押圧荷重の変動を防止することが行われている。しかし、エンコーダはワイヤの押圧荷重を直接検出することができないため、エンコーダの出力のフィードバックでは押圧荷重の変動を十分に抑制することができなかった。   For this reason, in the wire bonding apparatus, an encoder for detecting the displacement in the height direction of the capillary is provided in the bonding head, the detection output of this encoder is fed back to the control apparatus, and the output of the drive motor is controlled to prevent fluctuations in the pressing load. To be done. However, since the encoder cannot directly detect the pressing load of the wire, the feedback of the encoder output cannot sufficiently suppress the fluctuation of the pressing load.

そこで、超音波ホーンとボンディングアームとの間に設けた圧力センサによって押圧荷重を検出し、この押圧荷重によって駆動モータを制御してキャピラリの振動を抑制し、押圧荷重を一定にする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。   Therefore, a method has been proposed in which the pressure load is detected by a pressure sensor provided between the ultrasonic horn and the bonding arm, the drive motor is controlled by this pressure load to suppress capillary vibration, and the pressure load is kept constant. (For example, refer to Patent Document 1).

また、ボンディングアームおよびキャピラリに機械的緩みや磨耗があると、ワイヤボンディングにおいてキャピラリによってワイヤを半導体チップのパッドに衝突させた際の衝撃力で半導体チップに亀裂や割れが入るなどのチップ破壊が生じることがある。このため、ボンディングステージに衝撃力を測定する衝撃センサを取り付け、検出した波形と基準波形との違いに基づいてアラームを発生させて、ボンディングアームおよびキャピラリの機械的緩みや摩耗を確認する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。   Also, if the bonding arm and capillary are mechanically loose or worn, chip damage such as cracking or cracking in the semiconductor chip occurs due to the impact force when the wire collides with the pad of the semiconductor chip by the capillary in wire bonding. Sometimes. For this reason, a method has been proposed in which an impact sensor that measures the impact force is attached to the bonding stage and an alarm is generated based on the difference between the detected waveform and the reference waveform to check the mechanical looseness and wear of the bonding arm and capillary. (For example, refer to Patent Document 2).

特開２００３―２５８０２１号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-258021 特開平７−７４２１５号公報JP-A-7-74215

一方、半導体チップと基板とのボンディングは、複数の半導体チップのパッドと基板のリードとを順次接続して行っていく。この際、ボンディングアームおよびキャピラリの緩みや摩耗がなく、キャピラリがパッドを押し付ける押圧荷重が所定の値に制御されていてもボールの異常潰れやチップ破壊などのボンディング不良が発生する場合がある。しかし、特許文献１または特許文献２に記載された従来技術ではボンディングの途中でボンディング不良を検出することができないため、半導体チップの複数のパッドと基板の複数のリードとを全てボンディングした後に行われるボンディング部の目視検査工程までボンディング不良を発見することができない。このため、製品の修正のために多くの時間がかかってしまうという問題があった。また、製造の途中の工程でボンディング部の目視検査工程を行わない場合には、最終検査工程まで不良品の発見ができず、製品の歩留まりが悪化してしまうという問題があった。   On the other hand, bonding of the semiconductor chip and the substrate is performed by sequentially connecting the pads of the plurality of semiconductor chips and the leads of the substrate. At this time, the bonding arm and the capillary are not loosened or worn, and even if the pressing load with which the capillary presses the pad is controlled to a predetermined value, defective bonding such as abnormal ball collapse or chip destruction may occur. However, since the conventional technique described in Patent Document 1 or Patent Document 2 cannot detect a bonding failure in the middle of bonding, it is performed after bonding a plurality of pads on a semiconductor chip and a plurality of leads on a substrate. Bonding defects cannot be found until the visual inspection process of the bonding part. For this reason, there has been a problem that it takes a lot of time to correct the product. Further, when the visual inspection process of the bonding portion is not performed in the process in the middle of manufacturing, there is a problem that defective products cannot be found until the final inspection process, and the yield of the product is deteriorated.

本発明は、ボンディングの途中でボンディングの良否を判定することを目的とする。   An object of this invention is to determine the quality of bonding in the middle of bonding.

本発明のボンディング良否判定方法は、基体部と、超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、超音波ホーンの振動の腹に取り付けられるボンディングツールと、超音波ホーンの振動の節に設けられるフランジと、超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含み、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられたボンディングアームと、超音波ホーンの長手方向の中心軸からボンディング対象に対して接離方向にオフセットしてボンディングアームの回転中心とフランジ取り付け面との間に取り付けられる荷重センサと、を備えるボンディング装置のボンディング良否判定方法であって、ボンディングの際に荷重センサによってボンディングツールに加わるボンディング対象に接離方向の荷重を連続的に検出し、検出した荷重の最大値を衝撃荷重とし、衝撃荷重に基づいてボンディング良否の判定を行うこと、を特徴とする。   The bonding quality determination method of the present invention includes a base part, an ultrasonic horn that resonates with vibration of an ultrasonic vibrator and longitudinally vibrates in a longitudinal direction, a bonding tool attached to an antinode of the vibration of the ultrasonic horn, Includes a flange provided at the vibration node of the horn and a flange mounting surface to which the flange of the ultrasonic horn is fixed. The tip of the bonding tool is rotatably attached to the base so as to move in the direction of contact with the object to be bonded. And a load sensor attached between the rotation center of the bonding arm and the flange mounting surface by being offset from the longitudinal central axis of the ultrasonic horn in the direction of contact with and away from the object to be bonded. This is a method for determining whether a device is bonded or not, using a load sensor during bonding. A load of contact and separation direction bonding target applied to down loading tool detected continuously, the maximum value of the detected load and impact load, to perform the determination of the bonding quality based on impact load, characterized by.

本発明のボンディング良否判定方法において、衝撃荷重が所定の閾値よりも大きい場合にボンディング不良と判定すること、としも好適であるし、超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を遮断すると共に超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を通過させるフィルタによって荷重センサによって検出した荷重信号から、超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を抽出し、抽出した信号に基づいてボンディング良否の判定を行うこと、としても好適であるし、ボンディングツール接地後、荷重センサによって検出した荷重信号の時間に対する増大割合が閾値よりも大きい場合に、ボール異常つぶれと判定すること、としても好適である。   In the bonding quality determination method according to the present invention, it is preferable that the bonding failure is determined when the impact load is larger than a predetermined threshold, and a signal in the resonance frequency band specific to the ultrasonic horn is cut off. In addition, an ultrasonic transducer that does not include a signal in the frequency band of the resonance frequency unique to the ultrasonic horn from the load signal detected by the load sensor with a filter that passes a signal in a frequency band lower than the resonance frequency of the ultrasonic transducer. It is also suitable to extract a signal in a frequency band lower than the resonance frequency, and determine whether the bonding is good or not based on the extracted signal, and increase of the load signal detected by the load sensor with respect to time after the bonding tool is grounded It is also preferable to determine that the ball is crushed abnormally when the ratio is larger than a threshold value.

本発明のボンディング良否判定装置は、基体部と、超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、超音波ホーンの振動の腹に取り付けられるボンディングツールと、超音波ホーンの振動の節に設けられるフランジと、超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含み、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられたボンディングアームと、超音波ホーンの長手方向の中心軸からボンディング対象に対して接離方向にオフセットしてボンディングアームの回転中心とフランジ取り付け面との間に取り付けられる荷重センサと、を備えるボンディング装置に用いられるボンディング良否判定装置であって、超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を遮断すると共に超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を通過させるフィルタによって荷重センサによって検出した荷重信号から、超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を抽出し、抽出した信号の最大値を衝撃荷重とし、衝撃荷重の大小によってボンディング良否の判定を行うこと、を特徴とする。   The bonding quality determination apparatus of the present invention includes a base unit, an ultrasonic horn that resonates with the vibration of the ultrasonic vibrator and longitudinally vibrates in the longitudinal direction, a bonding tool attached to the antinode of the vibration of the ultrasonic horn, Includes a flange provided at the vibration node of the horn and a flange mounting surface to which the flange of the ultrasonic horn is fixed. The tip of the bonding tool is rotatably attached to the base so as to move in the direction of contact with the object to be bonded. And a load sensor attached between the rotation center of the bonding arm and the flange mounting surface by being offset from the longitudinal central axis of the ultrasonic horn in the direction of contact with and away from the object to be bonded. This is a bonding pass / fail judgment device used in the device, and has a resonance frequency unique to an ultrasonic horn It is in the frequency band of the resonance frequency peculiar to the ultrasonic horn from the load signal detected by the load sensor by the filter that cuts off the signal in the frequency band of the ultrasonic transducer and passes the signal in the frequency band lower than the resonance frequency of the ultrasonic transducer. Extracting a signal in a frequency band lower than the resonance frequency of the ultrasonic transducer not including the signal, using the maximum value of the extracted signal as an impact load, and determining whether the bonding is good or not by the magnitude of the impact load .

本発明のボンディング装置は、基体部と、超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、超音波ホーンの振動の腹に取り付けられるボンディングツールと、超音波ホーンの振動の節に設けられるフランジと、超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含み、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられたボンディングアームと、超音波ホーンの長手方向の中心軸からボンディング対象に対して接離方向にオフセットしてボンディングアームの回転中心とフランジ取り付け面との間に取り付けられる荷重センサと、ボンディングの良否判定を行う制御部と、を備えるボンディング装置であって、制御部は、超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を遮断すると共に超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を通過させるフィルタ手段と、ボンディングの際に荷重センサによってボンディングツールに加わるボンディング対象に接離方向の荷重信号を連続的に検出し、フィルタ手段によって荷重信号から超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を抽出する信号抽出手段と、信号抽出手段によって抽出した信号の最大値を衝撃荷重とし、衝撃荷重の大小によってボンディング良否の判定を行う判定手段と、を有することを特徴とする。   The bonding apparatus of the present invention includes a base unit, an ultrasonic horn that resonates with the vibration of the ultrasonic vibrator and longitudinally vibrates in the longitudinal direction, a bonding tool attached to the antinode of the vibration of the ultrasonic horn, and an ultrasonic horn Includes a flange provided at the vibration node and a flange mounting surface to which the flange of the ultrasonic horn is fixed, and is rotatably attached to the base so that the tip of the bonding tool can be moved toward and away from the bonding target Bonding arm, load sensor that is offset between the center axis of the ultrasonic horn in the longitudinal direction with respect to the object to be bonded and attached between the rotation center of the bonding arm and the flange mounting surface, and judgment of bonding quality A bonding device including a control unit that performs resonance unique to the ultrasonic horn. Filter means for blocking signals in the frequency band of the wave number and passing signals in a frequency band lower than the resonance frequency of the ultrasonic vibrator, and a bonding target applied to the bonding tool by a load sensor during bonding Signal extraction that continuously detects the load signal and extracts a signal in the frequency band lower than the resonance frequency of the ultrasonic transducer that does not include the signal in the resonance frequency band specific to the ultrasonic horn from the load signal by the filter means And a determination means for determining whether the bonding is good or not based on the magnitude of the impact load, with the maximum value of the signal extracted by the signal extraction means as an impact load.

本発明は、ボンディングの途中でボンディングの良否を判定することができるという効果を奏する。   The present invention has an effect that the quality of bonding can be determined during bonding.

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態のボンディング良否判定装置５０が取り付けられているワイヤボンディング装置１０は、基体部であるボンディングヘッド１１と、超音波振動子１３と、超音波ホーン１２と、ボンディングツールであるキャピラリ１７と、超音波ホーン１２に設けられたフランジ１４と、ボンディングアーム２１と、荷重センサ３１と、駆動モータ４５と、制御部６０と、ボンディング対象である半導体チップ３４や基板３５を吸着固定するボンディングステージ３３と、を備えている。   Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the wire bonding apparatus 10 to which the bonding quality determination apparatus 50 of this embodiment is attached includes a bonding head 11 that is a base portion, an ultrasonic vibrator 13, an ultrasonic horn 12, a bonding A capillary 17 as a tool, a flange 14 provided on the ultrasonic horn 12, a bonding arm 21, a load sensor 31, a drive motor 45, a control unit 60, a semiconductor chip 34 and a substrate 35 to be bonded are provided. And a bonding stage 33 for adsorbing and fixing.

ボンディングヘッド１１にはボンディングアーム２１を回転駆動する駆動モータ４５が設けられている。超音波振動子１３は複数枚の圧電素子を重ね合わせたもので、超音波ホーン１２の後端側に取り付けられている。また、超音波ホーン１２の先端にはキャピラリ１７が取り付けられている。後で説明する超音波ホーン１２の振動の節となる位置にはフランジ１４が設けられ、フランジ１４はボンディングアーム２１先端のフランジ取り付け面２２にボルト１６によって固定されている。   The bonding head 11 is provided with a drive motor 45 that rotationally drives the bonding arm 21. The ultrasonic transducer 13 is a superposition of a plurality of piezoelectric elements, and is attached to the rear end side of the ultrasonic horn 12. A capillary 17 is attached to the tip of the ultrasonic horn 12. A flange 14 is provided at a position to be a vibration node of the ultrasonic horn 12 to be described later, and the flange 14 is fixed to a flange mounting surface 22 at the tip of the bonding arm 21 by a bolt 16.

ボンディングアーム２１は、ボンディングヘッド１１に設けられた回転軸３０の周りに回転自在に取り付けられている。ボンディングアーム２１の回転中心４３はボンディングステージ３３の上に吸着された基板３５の表面、或いは基板３５に取り付けられている半導体チップ３４の表面と同一面上にある。   The bonding arm 21 is rotatably attached around a rotation shaft 30 provided on the bonding head 11. The rotation center 43 of the bonding arm 21 is on the same plane as the surface of the substrate 35 adsorbed on the bonding stage 33 or the surface of the semiconductor chip 34 attached to the substrate 35.

ボンディングアーム２１は超音波ホーン１２の中心軸１５の方向に延びる略直方体で、フランジ取り付け面２２のある先端側部分２１ａと回転中心４３を含む後端側部分２１ｂとを有しており、先端側部分２１ａと後端側部分２１ｂとは超音波ホーン１２の中心軸１５を含む高さ方向位置（Ｚ方向位置）に設けられた薄板状の接続部２４によって接続されている。接続部２４のボンディング面４１側とボンディング面４１と反対側にはボンディングアーム２１の先端側部分２１ａと後端側部分２１ｂとの間に細いスリット２３，２５が設けられている。ボンディングアーム２１のボンディング面４１と反対側であるＺ方向上側には荷重センサ３１を取り付けるための溝２６が設けられている。溝２６はボンディングアーム２１の先端側部分２１ａと後端側部分２１ｂとの間に対向して設けられている。溝２６に取り付けられた荷重センサ３１はボンディングアーム先端側部分２１ａから後端側部分２１ｂに向かってねじ込まれているねじ２７によって先端側部分２１ａと後端側部分２１ｂとの間で挟みこまれて与圧されるよう構成されている。荷重センサ３１はその中心軸２８が超音波ホーン１２の中心軸１５からボンディング面４１とキャピラリ１７の先端１７ａとの接離方向であるＺ方向に距離Ｌだけオフセットして取り付けられている。この距離Ｌはフランジ１４のＺ方向の幅よりも大きく、キャピラリ１７から超音波ホーン１２にかかる曲げ力に対して大きな剛性を備えることができる構成となっている。   The bonding arm 21 is a substantially rectangular parallelepiped extending in the direction of the central axis 15 of the ultrasonic horn 12, and has a front end side portion 21 a having a flange mounting surface 22 and a rear end side portion 21 b including a rotation center 43. The portion 21 a and the rear end side portion 21 b are connected by a thin plate-like connection portion 24 provided at a height direction position (Z direction position) including the central axis 15 of the ultrasonic horn 12. On the bonding surface 41 side of the connecting portion 24 and the opposite side of the bonding surface 41, thin slits 23 and 25 are provided between the front end side portion 21a and the rear end side portion 21b of the bonding arm 21. A groove 26 for attaching the load sensor 31 is provided on the upper side in the Z direction opposite to the bonding surface 41 of the bonding arm 21. The groove 26 is provided between the front end side portion 21a and the rear end side portion 21b of the bonding arm 21 so as to face each other. The load sensor 31 attached to the groove 26 is sandwiched between the front end portion 21a and the rear end portion 21b by a screw 27 screwed from the bonding arm front end portion 21a toward the rear end portion 21b. It is configured to be pressurized. The load sensor 31 is attached such that its center axis 28 is offset from the center axis 15 of the ultrasonic horn 12 by a distance L in the Z direction, which is the contact / separation direction between the bonding surface 41 and the tip 17a of the capillary 17. This distance L is larger than the width of the flange 14 in the Z direction, and can be provided with a large rigidity against the bending force applied from the capillary 17 to the ultrasonic horn 12.

図２（ａ）に示すように、荷重センサ３１はボンディングアーム２１の幅方向の中央部に取り付けられ、ねじ２７は荷重センサ３１の両側に設けられている。また、図２（ｂ）に示すように、ボンディングアーム２１のボンディング面４１側には、超音波ホーン１２と超音波振動子１３とが収容される窪み２９が設けられている。   As shown in FIG. 2A, the load sensor 31 is attached to the center portion in the width direction of the bonding arm 21, and the screws 27 are provided on both sides of the load sensor 31. Further, as shown in FIG. 2B, a recess 29 in which the ultrasonic horn 12 and the ultrasonic transducer 13 are accommodated is provided on the bonding surface 41 side of the bonding arm 21.

図３に示すように、超音波ホーン１２は、超音波振動子１３によって中心軸１５に沿った方向である長手方向に共振し、縦振動をするものである。ここで縦振動とは振動の伝わる方向と振幅の方向が同一方向の振動をいう。図３に模式的に示すように、超音波ホーン１２は後端に取り付けられた超音波振動子１３の振動によって超音波振動子１３の取り付けられている後端とキャピラリ１７の取り付けられている先端との間で、後端と先端とが振動の腹となる共振モードで振動する。そして、後端と先端との間にできる振動の節、つまり共振状態にあっても振動しない部位に超音波ホーン１２をボンディングアーム２１に固定するフランジ１４が設けられている。フランジ１４はボンディングアーム２１のフランジ取り付け面２２にボルト１６によって固定されている。フランジ１４は超音波ホーン１２の共振によって振動しないことから、ボンディングアーム２１のフランジ取り付け面２２には超音波ホーン１２の共振による超音波振動は伝わらないよう構成されている。このためボンディングアーム２１に設けられている荷重センサ３１にも超音波ホーン１２の共振による超音波振動は伝達されないように構成されている。なお、図３はボンディングアーム２１と超音波ホーン１２、フランジ１４、ボルト１６との関係を説明するための模式図で、超音波ホーン１２から水平方向であるＸＹ方向に延びているフランジ１４を縦方向に記載してある。また、図３（ｂ）は超音波ホーン１２の振幅を模式的に示したもので、中心軸１５方向の振幅を中心軸１５と直角方向の振幅として記載してある。   As shown in FIG. 3, the ultrasonic horn 12 resonates in the longitudinal direction, which is the direction along the central axis 15, by the ultrasonic transducer 13 and vibrates longitudinally. Here, longitudinal vibration refers to vibration in which the direction of vibration and the direction of amplitude are the same. As schematically shown in FIG. 3, the ultrasonic horn 12 includes a rear end to which the ultrasonic transducer 13 is attached and a tip to which the capillary 17 is attached by vibration of the ultrasonic transducer 13 attached to the rear end. , The rear end and the front end vibrate in a resonance mode that becomes an antinode of vibration. A flange 14 for fixing the ultrasonic horn 12 to the bonding arm 21 is provided at a vibration node formed between the rear end and the front end, that is, a portion that does not vibrate even in a resonance state. The flange 14 is fixed to the flange mounting surface 22 of the bonding arm 21 with bolts 16. Since the flange 14 does not vibrate due to the resonance of the ultrasonic horn 12, the ultrasonic wave due to the resonance of the ultrasonic horn 12 is not transmitted to the flange mounting surface 22 of the bonding arm 21. For this reason, the ultrasonic vibration due to the resonance of the ultrasonic horn 12 is not transmitted to the load sensor 31 provided in the bonding arm 21. 3 is a schematic diagram for explaining the relationship between the bonding arm 21, the ultrasonic horn 12, the flange 14, and the bolt 16. The flange 14 extending from the ultrasonic horn 12 in the horizontal and XY directions is vertically arranged. It is written in the direction. FIG. 3B schematically shows the amplitude of the ultrasonic horn 12, and the amplitude in the direction of the central axis 15 is described as the amplitude in the direction perpendicular to the central axis 15.

図１に示すように、ボンディング良否判定装置５０は、荷重センサ３１が接続され、その内部にローパスフィルタを含んでいる。ローパスフィルタは超音波振動子１３の共振周波数ｆ０よりも低い周波数帯の信号を通過させると共に超音波ホーン１２固有の共振周波数ｆ１の周波数帯にある信号を遮断するノッチ機能を備えるものであり、荷重センサ３１によって検出した信号から超音波ホーン１２固有の共振周波数ｆ１の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子１３の共振周波数ｆ０よりも低い周波数帯の信号を抽出することができるよう構成されている。超音波振動子１３と駆動モータ４５とは制御部６０に接続され、制御部６０の指令によって超音波振動子１３の出力と駆動モータ４５の回転方向と出力が制御されるよう構成されている。また、ボンディング良否判定装置５０は制御部６０と接続され、ボンディング良否の判定信号を制御部６０に出力することができるよう構成されている。 As shown in FIG. 1, the bonding quality determination device 50 is connected to a load sensor 31 and includes a low-pass filter therein. The low-pass filter has a notch function that allows a signal in a frequency band lower than the resonance frequency f 0 of the ultrasonic transducer 13 to pass and blocks a signal in the frequency band of the resonance frequency f 1 unique to the ultrasonic horn 12. Extracting a signal in a frequency band lower than the resonance frequency f 0 of the ultrasonic transducer 13 that does not include a signal in the frequency band of the resonance frequency f 1 unique to the ultrasonic horn 12 from the signal detected by the load sensor 31. It is configured to be able to. The ultrasonic vibrator 13 and the drive motor 45 are connected to the control unit 60, and the output of the ultrasonic vibrator 13, the rotation direction of the drive motor 45, and the output are controlled by a command from the control unit 60. The bonding quality determination device 50 is connected to the control unit 60 and configured to output a bonding quality determination signal to the control unit 60.

ボンディング良否判定装置５０、制御部６０は内部にＣＰＵやメモリなどを含むコンピュータとして構成されていてもよいし、検出、制御のシステムを電気回路によって構成したものであってもよい。   The bonding quality determination device 50 and the control unit 60 may be configured as a computer including a CPU, a memory, and the like, or may be configured such that a detection and control system is configured by an electric circuit.

以上のように構成されたボンディング良否判定装置５０によってワイヤボンディング装置１０によるボンディング動作中におけるキャピラリ１７の先端１７ａに加わる衝撃荷重の検出動作について説明する。   The detection operation of the impact load applied to the tip 17a of the capillary 17 during the bonding operation by the wire bonding apparatus 10 by the bonding quality determination device 50 configured as described above will be described.

図１に示す制御部６０は、キャピラリ１７の先端１７ａから伸出したワイヤの先端を図示しない放電トーチ等によって球状のイニシャルボール１８に形成する。そして、制御部６０は、駆動モータ４５を駆動する指令を出力する。この指令によって駆動モータ４５は回転を開始し、キャピラリ１７を半導体チップ３４の上に向かって降下させ始める。又、制御部６０は、超音波振動子１３の振動を開始する指令を出力する。この指令によって超音波振動子１３にはボンディングの条件に対応して予め設定された振動出力を出力することのできる電圧が印加される。ボンディング良否判定装置５０は荷重センサ３１からの荷重信号のメモリへの蓄積を開始する。   The control unit 60 shown in FIG. 1 forms the tip of the wire extended from the tip 17a of the capillary 17 on the spherical initial ball 18 by a discharge torch or the like (not shown). Then, the control unit 60 outputs a command for driving the drive motor 45. By this command, the drive motor 45 starts to rotate and starts to lower the capillary 17 toward the semiconductor chip 34. Further, the control unit 60 outputs a command for starting the vibration of the ultrasonic transducer 13. By this command, a voltage capable of outputting a vibration output set in advance corresponding to the bonding condition is applied to the ultrasonic transducer 13. The bonding quality determination device 50 starts accumulating the load signal from the load sensor 31 in the memory.

キャピラリ１７の先端に形成されたイニシャルボール１８が半導体チップ３４の表面に接する前は、図３に示すように超音波ホーン１２は超音波振動子１３の振動と共振して、キャピラリ１７の取りつけられた先端と超音波振動子１３の取り付けられた後端とを振動の腹とする縦振動をしている。フランジ１４は振動の節に配置されているので超音波ホーン１２の共振では振動せず、荷重センサ３１も荷重を検出していない。ただし、超音波ホーン１２はボンディングの際のパッドへの衝突によってＺ方向に固有の共振周波数ｆ１で微小な振動をしている。このため、図４（ａ）に示すように荷重センサ３１には超音波ホーン１２の振動による微小な周期変動荷重が検出されている。 Before the initial ball 18 formed at the tip of the capillary 17 comes into contact with the surface of the semiconductor chip 34, the ultrasonic horn 12 resonates with the vibration of the ultrasonic vibrator 13 as shown in FIG. A longitudinal vibration is generated with the front end and the rear end to which the ultrasonic transducer 13 is attached as the antinode of vibration. Since the flange 14 is arranged at the vibration node, it does not vibrate due to the resonance of the ultrasonic horn 12, and the load sensor 31 does not detect the load. However, the ultrasonic horn 12 vibrates minutely at the resonance frequency f 1 inherent in the Z direction due to the collision with the pad during bonding. For this reason, as shown in FIG. 4A, the load sensor 31 detects a minute periodic fluctuation load due to the vibration of the ultrasonic horn 12.

ボンディングアーム２１は駆動モータ４５によって加速され、所定の下降速度を持って図４（ａ）の時間ｔ１に半導体チップ３４のパッドに衝突する。すると、荷重センサ３１の検出する押圧荷重は急速に上昇する。そして、図４（ａ）に示す時間ｔ２において最大値Ｆ０となる。その後、制御部６０は荷重センサ３１によって検出される押圧荷重が予め決められた押圧荷重Ｐ０となるように駆動モータ４５を制御する。そして、所定の押圧時間が終了したら制御部６０は、駆動モータ４５を最初と反対方向に駆動してキャピラリ１７を上昇させる。キャピラリ１７が上昇すると、荷重センサ３１の検出する押圧荷重は次第に低下してゼロになり、その後、荷重センサ３１は超音波ホーン１２のＺ方向の固有振動による微小な周期変動を検出する。この間、ボンディング良否判定装置５０は荷重センサ３１からの荷重信号をメモリに蓄積し、その間の最大値Ｆ０を衝撃荷重として別のメモリに格納する。 Bonding arm 21 is accelerated by the drive motor 45, with a predetermined descending speed collides with the pads of the semiconductor chip 34 to the time t 1 in FIG. 4 (a). Then, the pressing load detected by the load sensor 31 increases rapidly. Then, the maximum value F 0 is reached at time t 2 shown in FIG. Thereafter, the control unit 60 controls the drive motor 45 so that the pressing load detected by the load sensor 31 becomes a predetermined pressing load P 0 . When the predetermined pressing time ends, the control unit 60 drives the drive motor 45 in the direction opposite to the initial direction to raise the capillary 17. When the capillary 17 moves up, the pressing load detected by the load sensor 31 gradually decreases to zero, and then the load sensor 31 detects minute period fluctuations due to the natural vibration of the ultrasonic horn 12 in the Z direction. During this time, the bonding quality determination device 50 accumulates the load signal from the load sensor 31 in the memory, and stores the maximum value F 0 during that time in another memory as the impact load.

図５（ａ）に示すように、イニシャルボール１８が所定の直径ｄ１に形成されている場合には、キャピラリ１７の降下による衝撃荷重でイニシャルボール１８を円板状の圧着ボール１９に潰した場合、図５（ｂ）に示すように、イニシャルボール１８は所定の厚みＨ１を持つ圧着ボール１９に変形される。一方、イニシャルボール１８の大きさが所定の大きさよりも小さい直径ｄ２の場合、イニシャルボール１８がキャピラリ１７の先端１７ａで潰された際に、イニシャルボール１８はキャピラリ１７の先端にあるインナチャンファ部１７ｂの中に入り込んでしまい、圧着ボール１９の厚さが所定の厚さのＨ１より薄いＨ２となり、ボール異常つぶれとなる。イニシャルボール１８の直径が所定の直径ｄ１よりも小さいｄ２となった場合、イニシャルボール１８は衝撃荷重のエネルギーを変形で吸収することができなくなるので荷重センサ３１はイニシャルボール１８が所定の直径ｄ１の場合よりも大きな衝撃荷重を検出する。このように、荷重センサ３１の検出する衝撃荷重が所定の値よりも大きい場合にはボール異常つぶれなどが発生していることとなる。 As shown in FIG. 5A, when the initial ball 18 is formed to have a predetermined diameter d 1 , the initial ball 18 is crushed into a disk-shaped press-bonded ball 19 by an impact load caused by the lowering of the capillary 17. If, as shown in FIG. 5 (b), initial ball 18 is deformed into a compression ball 19 having a predetermined thickness H 1. On the other hand, when the initial ball 18 has a diameter d 2 smaller than a predetermined size, when the initial ball 18 is crushed by the tip 17 a of the capillary 17, the initial ball 18 is located at the inner chamfer portion at the tip of the capillary 17. 17b, the thickness of the press-bonded ball 19 becomes H 2 which is thinner than H 1 having a predetermined thickness, resulting in abnormal collapse of the ball. When the diameter of the initial ball 18 becomes d 2 which is smaller than the predetermined diameter d 1 , the initial ball 18 cannot absorb the energy of the impact load by deformation, so that the load sensor 31 has the initial ball 18 having the predetermined diameter. detecting a large impact load than in the case of d 1. As described above, when the impact load detected by the load sensor 31 is larger than a predetermined value, abnormal ball collapse or the like has occurred.

また、この衝撃荷重を的確に検出するためには、荷重センサ３１が衝撃荷重によって変形しない位置に取り付けられていることが必要となる。本実施形態では、荷重センサ３１は超音波ホーン１２の中心軸１５からフランジ１４のＺ方向の幅よりも大きなオフセットを持って剛性の高い直方体のボンディングアーム２１に取り付けられているので衝撃荷重を的確に検出することができる。   Further, in order to accurately detect the impact load, the load sensor 31 needs to be attached at a position where the load sensor 31 is not deformed by the impact load. In the present embodiment, the load sensor 31 is attached to the highly rigid cuboid bonding arm 21 with an offset larger than the width of the flange 14 in the Z direction from the central axis 15 of the ultrasonic horn 12. Can be detected.

ボンディング良否判定装置５０は別のメモリに格納した衝撃荷重を、他のメモリに格納されている所定の閾値と比較し、別のメモリに格納した衝撃荷重が所定の閾値よりも大きい場合には、ボールの異常つぶれ或いはチップ破壊などのボンディング不良が発生していると判定し、例えば、ボンディング不良発生を示すランプを点灯させる。また、ボンディング良否判定装置５０はボンディング不良発生信号を制御部６０に出力し、ワイヤボンディング装置１０を停止させ、異常発生ランプを点灯させるようにしてもよい。   The bonding pass / fail judgment device 50 compares the impact load stored in another memory with a predetermined threshold stored in another memory, and if the impact load stored in another memory is larger than the predetermined threshold, It is determined that a bonding failure such as an abnormal collapse of the ball or chip breakage has occurred, and a lamp indicating the occurrence of the bonding failure is turned on, for example. Further, the bonding quality determination device 50 may output a bonding failure occurrence signal to the control unit 60, stop the wire bonding device 10, and turn on the abnormality occurrence lamp.

図４（ｂ）に示すように、ボンディング良否判定装置５０は、内部に超音波振動子１３の共振周波数ｆ０よりも低い周波数帯の信号を通過させると共に超音波ホーン１２固有の共振周波数ｆ１の周波数帯にある信号を遮断するノッチ機能を備えるローパスフィルタ５１を備え、荷重センサ３１によって検出した信号から超音波ホーン１２固有の共振周波数ｆ１の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子１３の共振周波数ｆ０よりも低い周波数帯の信号を抽出し、その抽出した信号をメモリに格納して最大値を衝撃荷重Ｆ０’として検出してもよい。この場合、図４（ｃ）に示すように、荷重センサ３１の検出した荷重信号から高周波成分と超音波ホーン１２固有の共振周波数ｆ１による周期変動荷重が除去されているのでメモリには単純なカーブのデータが格納される。このため衝撃荷重である最大値Ｆ０’を容易に決定することができる。また、例えば、一定のサイクルタイムで荷重センサ３１からの荷重信号を検出し、ローパスフィルタ５１を通して信号を抽出し、所定のサイクル数分の抽出データのみをメモリに格納しておき、抽出データの値の増加量がプラスからマイナスになった際の抽出信号の値を最大値として検出することによってより素早く衝撃荷重の検出を行うことができる。 As shown in FIG. 4B, the bonding quality determination device 50 allows a signal in a frequency band lower than the resonance frequency f 0 of the ultrasonic transducer 13 to pass therethrough and the resonance frequency f 1 unique to the ultrasonic horn 12. An ultrasonic transducer that includes a low-pass filter 51 having a notch function that cuts off a signal in the frequency band of FIG. 1 and that does not include a signal in the frequency band of the resonance frequency f 1 unique to the ultrasonic horn 12 from the signal detected by the load sensor 31. Alternatively, a signal having a frequency band lower than the resonance frequency f 0 of 13 may be extracted, the extracted signal may be stored in a memory, and the maximum value may be detected as the impact load F 0 ′. In this case, as shown in FIG. 4C, the periodic fluctuation load due to the high frequency component and the resonance frequency f 1 specific to the ultrasonic horn 12 is removed from the load signal detected by the load sensor 31, so that the memory is simple. Curve data is stored. Therefore, the maximum value F 0 ′ that is an impact load can be easily determined. Also, for example, a load signal from the load sensor 31 is detected at a constant cycle time, a signal is extracted through the low-pass filter 51, and only extracted data for a predetermined number of cycles is stored in a memory, and the value of the extracted data The impact load can be detected more quickly by detecting the value of the extracted signal when the increase amount of the change from positive to negative is the maximum value.

また、図６に示すように、イニシャルボール１８の直径が所定の直径ｄ１よりも小さい場合には、衝撃荷重が大きくなるとともに、図６の一点鎖線ｂによって示すフィルタ５１を通して抽出した信号の増大の勾配が図６の実線ａによって示した正常なボンディングの際に抽出した信号の増大の勾配よりも大きくなってくる。このため、抽出した信号の時間に対する増加割合が閾値よりも大きくなった場合には、ボール異常つぶれ等のボンディング不良が発生したと判定することとしてもよい。 Further, as shown in FIG. 6, when the diameter of the initial ball 18 is smaller than the predetermined diameter d 1, together with the impact load is large, an increase of the extracted signal through a filter 51 shown by the dashed line in FIG. 6 b Is larger than the gradient of the increase in signal extracted during normal bonding shown by the solid line a in FIG. For this reason, when the rate of increase of the extracted signal with respect to time becomes larger than the threshold value, it may be determined that a bonding failure such as abnormal ball collapse has occurred.

以上説明したように、本実施形態のボンディング良否判定装置５０は、ボンディングの途中でボンディング不良を判定、検出することができるという効果を奏する。また、ボンディングの途中でボンディング不良を判定、検出することができるので、ボンディング不良の発生した直後にワイヤボンディング装置１０を停止させることができ、ボンディング不良の発生した製品の修理を容易に行うことができるという効果を奏する。更に、ボンディングの途中でボンディング不良の発生した製品の製造を停止することができるので、製品の歩留まりを向上させることができるという効果を奏する。   As described above, the bonding quality determination device 50 according to the present embodiment has an effect of being able to determine and detect a bonding failure during bonding. In addition, since a bonding failure can be determined and detected during bonding, the wire bonding apparatus 10 can be stopped immediately after the bonding failure occurs, and the product in which the bonding failure has occurred can be easily repaired. There is an effect that can be done. Furthermore, since the production of a product in which bonding failure occurs during the bonding can be stopped, the yield of the product can be improved.

本実施形態では、ボンディング不良はボールの異常な潰れとして説明したが、半導体チップの破壊などによって発生するボンディング不良の判定にも適用することができる。また、本実施形態は、ワイヤボンディング装置１０について説明したが、本発明はバンプボンダなど他のボンディング装置にも適用することができる。   In the present embodiment, the bonding failure has been described as an abnormal collapse of the ball, but the present invention can also be applied to the determination of a bonding failure that occurs due to destruction of a semiconductor chip or the like. Moreover, although this embodiment demonstrated the wire bonding apparatus 10, this invention is applicable also to other bonding apparatuses, such as a bump bonder.

以上の実施形態では、ボンディング不良の発生は制御部６０とは別に設けられたボンディング良否判定装置５０によって行うものとして説明したが、以下、制御部６０によってボンディング不良の判定を行う機能を組み込んだワイヤボンディング装置１０の実施形態について説明する。図１から図６を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。   In the above embodiment, it has been described that the occurrence of bonding failure is performed by the bonding quality determination device 50 provided separately from the control unit 60. However, a wire incorporating a function for determining bonding failure by the control unit 60 will be described below. An embodiment of the bonding apparatus 10 will be described. Parts similar to those of the embodiment described with reference to FIG. 1 to FIG.

図７に示すように、本実施形態のワイヤボンディング装置１０は、図１から図３を参照して説明したワイヤボンディング装置１０と同様の構成であり，荷重センサ３１は荷重センサインターフェース５５を介して制御部６０に接続され、制御部６０は荷重センサ３１からの信号が取得することができるように構成されている。荷重センサインターフェース５５はＡ／Ｄ変換器を含み、荷重センサ３１からのアナログ信号をデジタル信号として制御部６０に出力する。   As shown in FIG. 7, the wire bonding apparatus 10 of the present embodiment has the same configuration as the wire bonding apparatus 10 described with reference to FIGS. 1 to 3, and the load sensor 31 is connected via a load sensor interface 55. Connected to the control unit 60, the control unit 60 is configured so that a signal from the load sensor 31 can be acquired. The load sensor interface 55 includes an A / D converter, and outputs an analog signal from the load sensor 31 to the control unit 60 as a digital signal.

以下、図８を参照しながら本実施形態のワイヤボンディング装置１０の動作について説明する。図８のステップＳ１０１に示すように、制御部６０は、ワイヤボンディング装置１０にボンディング動作を開始させると、荷重センサインターフェース５５から荷重センサ３１の信号を取得する。そして、制御部６０は、図８のステップＳ１０２に示すように、荷重センサインターフェース５５を介して取得した荷重センサ３１のデジタル信号を、例えば、ＩＩＲフィルタ、ＦＩＲフィルタなどのデジタル式のフィルタによってフィルタリングし（フィルタ手段）、図８のステップＳ１０３に示すように、超音波ホーン１２固有の共振周波数ｆ１の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子１３の共振周波数ｆ０よりも低い周波数帯の荷重信号を抽出してメモリに格納、蓄積する（信号抽出手段）。この場合、デジタル式のローパスフィルタは、超音波ホーン１２固有の共振周波数ｆ１の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子１３の共振周波数ｆ０よりも低い周波数帯の荷重信号を抽出することができるものであればよく、例えば、超音波振動子１３の共振周波数ｆ０の周波数よりも低い周波数帯の信号を通過させると共に超音波ホーン１２固有の共振周波数ｆ１の周波数帯にある信号を遮断するノッチ機能を備えるローパスフィルタとしてもよい。制御部６０のメモリには、図４（ｃ）に示すような比較的単純なカーブが格納される。Hereinafter, the operation of the wire bonding apparatus 10 of the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in step S <b> 101 of FIG. 8, the control unit 60 acquires a signal from the load sensor 31 from the load sensor interface 55 when the wire bonding apparatus 10 starts a bonding operation. Then, as shown in step S102 of FIG. 8, the control unit 60 filters the digital signal of the load sensor 31 acquired through the load sensor interface 55 using, for example, a digital filter such as an IIR filter or an FIR filter. (filter means), as shown in step S103 of FIG. 8, not including a signal in the frequency band of the ultrasonic horn 12 natural resonance frequency f 1 of the frequency band lower than the resonance frequency f 0 of the ultrasonic vibrator 13 A load signal is extracted and stored in a memory (signal extraction means). In this case, the digital low-pass filter extracts a load signal in a frequency band lower than the resonance frequency f 0 of the ultrasonic transducer 13 that does not include a signal in the frequency band of the resonance frequency f 1 unique to the ultrasonic horn 12. For example, a signal in a frequency band lower than the frequency of the resonance frequency f 0 of the ultrasonic transducer 13 and a signal in the frequency band of the resonance frequency f 1 unique to the ultrasonic horn 12 are allowed to pass. It is good also as a low-pass filter provided with the notch function which interrupts | blocks. The memory of the control unit 60 stores a relatively simple curve as shown in FIG.

図８のステップＳ１０４に示すように、制御部６０は、メモリに格納されているフィルタリングされた抽出データの中から最大値をピックアップして衝撃荷重の検出を行う。この際、制御部６０は、所定のサイクル数分の抽出データのみをメモリに格納しておき、抽出データの値の増加量がプラスからマイナスになった際の抽出データの値を最大値としてピックアップすることによって衝撃荷重の検出を行うこととしても良い。   As shown in step S104 of FIG. 8, the control unit 60 picks up the maximum value from the filtered extracted data stored in the memory and detects the impact load. At this time, the control unit 60 stores only the extracted data for a predetermined number of cycles in the memory, and picks up the value of the extracted data when the amount of increase in the value of the extracted data changes from positive to negative as the maximum value. The impact load may be detected by doing so.

図８のステップＳ１０５に示すように、制御部６０は、検出した衝撃荷重と所定の閾値とを比較し、衝撃荷重が所定の閾値よりも大きい場合には、図８のステップＳ１０６に示すように、ボンディング不良が発生したものと判断し、図８のステップＳ１０７に示すように、ワイヤボンディング装置１０を停止する。また、制御部６０は、衝撃荷重が所定の閾値以下の場合には、図８のステップＳ１０８に示すように、ボンディングは良好と判断する（判定手段）。   As shown in step S105 of FIG. 8, the control unit 60 compares the detected impact load with a predetermined threshold, and when the impact load is larger than the predetermined threshold, as shown in step S106 of FIG. Then, it is determined that a bonding failure has occurred, and the wire bonding apparatus 10 is stopped as shown in step S107 of FIG. Further, when the impact load is equal to or less than the predetermined threshold, the control unit 60 determines that the bonding is good as shown in step S108 in FIG. 8 (determination means).

以上説明したように、本実施形態のワイヤボンディング装置１０は、ボンディングの途中でボンディング不良を判定、検出することができ、ボンディング不良の発生した直後にワイヤボンディング装置１０を停止させることができ、ボンディング不良の発生した製品の修理を容易に行うことができるという効果を奏する。更に、ボンディングの途中でボンディング不良の発生した製品の製造を停止することができるので、製品の歩留まりを向上させることができるという効果を奏する。   As described above, the wire bonding apparatus 10 according to the present embodiment can determine and detect a bonding failure during bonding, and can stop the wire bonding apparatus 10 immediately after the bonding failure occurs. There is an effect that it is possible to easily repair a defective product. Furthermore, since the production of a product in which bonding failure occurs during the bonding can be stopped, the yield of the product can be improved.

また、本実施形態は、ワイヤボンディング装置１０について説明したが、本発明はバンプボンダなど他のボンディング装置にも適用することができる。   Moreover, although this embodiment demonstrated the wire bonding apparatus 10, this invention is applicable also to other bonding apparatuses, such as a bump bonder.

本発明の実施形態におけるボンディング良否判定装置の適用されるワイヤボンディング装置の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the wire bonding apparatus with which the bonding quality determination apparatus in embodiment of this invention is applied. 本発明の実施形態におけるボンディング良否判定装置の適用されるワイヤボンディング装置におけるボンディングアームの上面と下面とを示す平面図である。It is a top view which shows the upper surface and lower surface of a bonding arm in the wire bonding apparatus to which the bonding quality determination apparatus in embodiment of this invention is applied. 本発明の実施形態におけるボンディング良否判定装置の適用されるワイヤボンディング装置の超音波振動を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the ultrasonic vibration of the wire bonding apparatus to which the bonding quality determination apparatus in the embodiment of the present invention is applied. 本発明の実施形態におけるボンディング良否判定装置の信号処理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the signal processing of the bonding quality determination apparatus in embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるボンディング良否判定装置の適用されるワイヤボンディング装置のボンディングの際のイニシャルボールの状態の変化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the change of the state of an initial ball in the case of the bonding of the wire bonding apparatus to which the bonding quality determination apparatus in embodiment of this invention is applied. 本発明の実施形態におけるボンディング良否判定装置におけるフィルタリング後の押圧荷重の時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time change of the pressing load after filtering in the bonding quality determination apparatus in the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the wire bonding apparatus in embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the wire bonding apparatus in embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０ ワイヤボンディング装置、１１ ボンディングヘッド、１２ 超音波ホーン、１３ 超音波振動子、１４ フランジ、１５ 中心軸、１６ ボルト、１７ キャピラリ、１７ａ 先端、１７ｂ インナチャンファ部、１８ イニシャルボール、１９ 圧着ボール、２１ ボンディングアーム、２１ａ 先端側部分、２１ｂ 後端側部分、２２ フランジ取り付け面、２３，２５ スリット、２４ 接続部、２６ 溝、２８ 中心軸、２９ 窪み、３０ 回転軸、３１ 荷重センサ、３３ ボンディングステージ、３４ 半導体チップ、３５ 基板、４１ ボンディング面、４３ 回転中心、４５ 駆動モータ、５０ ボンディング良否判定装置、５１ ローパスフィルタ、５５ 荷重センサインターフェース、６０ 制御部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Wire bonding apparatus, 11 Bonding head, 12 Ultrasonic horn, 13 Ultrasonic vibrator, 14 Flange, 15 Central axis, 16 Bolt, 17 Capillary, 17a Tip, 17b Inner chamfer part, 18 Initial ball, 19 Crimp ball, 21 Bonding arm, 21a Front end side portion, 21b Rear end side portion, 22 Flange mounting surface, 23, 25 Slit, 24 Connection portion, 26 Groove, 28 Central axis, 29 Depression, 30 Rotating shaft, 31 Load sensor, 33 Bonding stage, 34 Semiconductor chip, 35 Substrate, 41 Bonding surface, 43 Center of rotation, 45 Drive motor, 50 Bonding pass / fail judgment device, 51 Low-pass filter, 55 Load sensor interface, 60 Control unit.

Claims (6)

基体部と、
超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、
超音波ホーンの振動の腹に取り付けられるボンディングツールと、
超音波ホーンの振動の節に設けられるフランジと、
超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含み、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられたボンディングアームと、
超音波ホーンの長手方向の中心軸からボンディング対象に対して接離方向にオフセットしてボンディングアームの回転中心とフランジ取り付け面との間に取り付けられる荷重センサと、を備えるボンディング装置のボンディング良否判定方法であって、
ボンディングの際に荷重センサによってボンディングツールに加わるボンディング対象に接離方向の荷重を連続的に検出し、検出した荷重の最大値を衝撃荷重とし、衝撃荷重に基づいてボンディング良否の判定を行うこと、
を特徴とするボンディング良否判定方法。 A base part;
An ultrasonic horn that resonates with the vibration of the ultrasonic vibrator and vibrates longitudinally in the longitudinal direction;
A bonding tool attached to the vibration belly of the ultrasonic horn,
A flange provided at the vibration node of the ultrasonic horn;
A bonding arm that includes a flange mounting surface to which the flange of the ultrasonic horn is fixed, and is rotatably attached to the base unit so as to move the tip of the bonding tool in the contact / separation direction with respect to the bonding target;
A bonding quality determination method for a bonding apparatus, comprising: a load sensor that is offset from a longitudinal center axis of an ultrasonic horn in a direction of contact with and away from a bonding target and is mounted between a rotation center of a bonding arm and a flange mounting surface. Because
Continuously detect the load in the contact / separation direction on the bonding target applied to the bonding tool by the load sensor at the time of bonding, and determine the bonding quality based on the impact load, with the detected maximum value as the impact load,
A bonding quality determination method characterized by: 請求項１に記載のボンディング良否判定方法であって、
衝撃荷重が所定の閾値よりも大きい場合にボンディング不良と判定すること、
を特徴とするボンディング良否判定方法。 The bonding quality determination method according to claim 1,
Determining a bonding failure when the impact load is greater than a predetermined threshold;
A bonding quality determination method characterized by: 請求項１に記載のボンディング良否判定方法であって、
超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を遮断すると共に超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を通過させるフィルタによって荷重センサによって検出した荷重信号から、超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を抽出し、抽出した信号に基づいてボンディング良否の判定を行うこと、
を特徴とするボンディング良否判定方法。 The bonding quality determination method according to claim 1,
From the load signal detected by the load sensor with a filter that cuts off the signal in the frequency band of the resonance frequency unique to the ultrasonic horn and passes the signal in the frequency band lower than the resonance frequency of the ultrasonic transducer, Extracting a signal in a frequency band lower than the resonance frequency of the ultrasonic transducer that does not include a signal in the frequency band of the resonance frequency, and determining whether the bonding is good or not based on the extracted signal;
A bonding quality determination method characterized by: 請求項３に記載のボンディング良否判定方法であって、
ボンディングツール接地後、荷重センサによって検出した荷重信号の時間に対する増大割合が閾値よりも大きい場合に、ボール異常つぶれと判定すること、
を特徴とするボンディング良否判定方法。 The bonding quality determination method according to claim 3,
After the bonding tool touches down, if the rate of increase of the load signal detected by the load sensor with respect to time is greater than the threshold value, it is determined that the ball is crushed abnormally.
A bonding quality determination method characterized by: 基体部と、
超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、
超音波ホーンの振動の腹に取り付けられるボンディングツールと、
超音波ホーンの振動の節に設けられるフランジと、
超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含み、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられたボンディングアームと、
超音波ホーンの長手方向の中心軸からボンディング対象に対して接離方向にオフセットしてボンディングアームの回転中心とフランジ取り付け面との間に取り付けられる荷重センサと、を備えるボンディング装置に用いられるボンディング良否判定装置であって、
超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を遮断すると共に超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を通過させるフィルタによって荷重センサによって検出した荷重信号から、超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を抽出し、抽出した信号の最大値を衝撃荷重とし、衝撃荷重の大小によってボンディング良否の判定を行うこと、
を特徴とするボンディング良否判定装置。 A base part;
An ultrasonic horn that resonates with the vibration of the ultrasonic vibrator and vibrates longitudinally in the longitudinal direction;
A bonding tool attached to the vibration belly of the ultrasonic horn,
A flange provided at the vibration node of the ultrasonic horn;
A bonding arm that includes a flange mounting surface to which the flange of the ultrasonic horn is fixed, and is rotatably attached to the base unit so as to move the tip of the bonding tool in the contact / separation direction with respect to the bonding target;
Bonding quality used in a bonding apparatus including a load sensor that is offset from the longitudinal center axis of the ultrasonic horn in the direction of contact with the object to be bonded and is mounted between the rotation center of the bonding arm and the flange mounting surface. A determination device,
From the load signal detected by the load sensor with a filter that cuts off the signal in the frequency band of the resonance frequency unique to the ultrasonic horn and passes the signal in the frequency band lower than the resonance frequency of the ultrasonic transducer, Extract a signal in a frequency band lower than the resonance frequency of the ultrasonic transducer that does not include a signal in the frequency band of the resonance frequency, and use the maximum value of the extracted signal as the impact load. What to do,
Bonding quality determination device characterized by the above. 基体部と、
超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、
超音波ホーンの振動の腹に取り付けられるボンディングツールと、
超音波ホーンの振動の節に設けられるフランジと、
超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含み、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられたボンディングアームと、
超音波ホーンの長手方向の中心軸からボンディング対象に対して接離方向にオフセットしてボンディングアームの回転中心とフランジ取り付け面との間に取り付けられる荷重センサと、
ボンディングの良否判定を行う制御部と、を備えるボンディング装置であって、
制御部は、超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を遮断すると共に超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を通過させるフィルタ手段と、
ボンディングの際に荷重センサによってボンディングツールに加わるボンディング対象に接離方向の荷重信号を連続的に検出し、フィルタ手段によって荷重信号から超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を抽出する信号抽出手段と、
信号抽出手段によって抽出した信号の最大値を衝撃荷重とし、衝撃荷重の大小によってボンディング良否の判定を行う判定手段と、
を有することを特徴とするボンディング装置。 A base part;
An ultrasonic horn that resonates with the vibration of the ultrasonic vibrator and vibrates longitudinally in the longitudinal direction;
A bonding tool attached to the vibration belly of the ultrasonic horn,
A flange provided at the vibration node of the ultrasonic horn;
A bonding arm that includes a flange mounting surface to which the flange of the ultrasonic horn is fixed, and is rotatably attached to the base unit so as to move the tip of the bonding tool in the contact / separation direction with respect to the bonding target;
A load sensor that is offset from the central axis in the longitudinal direction of the ultrasonic horn to the bonding target in a contact / separation direction and is mounted between the rotation center of the bonding arm and the flange mounting surface;
A bonding apparatus comprising a control unit for performing bonding quality determination,
The control unit is a filter unit that cuts off a signal in the frequency band of the resonance frequency unique to the ultrasonic horn and allows a signal in a frequency band lower than the resonance frequency of the ultrasonic transducer to pass through,
The load signal in the contact / separation direction is continuously detected in the bonding target applied to the bonding tool by the load sensor during bonding, and the filter means does not include signals in the frequency band of the resonance frequency unique to the ultrasonic horn from the load signal. Signal extraction means for extracting a signal in a frequency band lower than the resonance frequency of the acoustic wave oscillator;
A determination means for determining the bonding quality according to the magnitude of the impact load, with the maximum value of the signal extracted by the signal extraction means as an impact load,
A bonding apparatus comprising:
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